CN101886377A

CN101886377A - 阶梯漩流竖井

Info

Publication number: CN101886377A
Application number: CN 201010229066
Authority: CN
Inventors: 张建民; 许唯临; 刘善均; 王韦; 曲景学; 邓军; 刘璐; 陈剑刚
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2030-07-19
Also published as: CN101886377B

Abstract

一种阶梯漩流竖井，包括涡室段、与涡室段相接的竖井段，所述涡室段设置有将引渠中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段为圆筒体，竖井段的底端设置有消力井，竖井段的下部通过反弧段、压坡段与泄洪洞接通，竖井段的井壁上设置有阶梯消能工，所述阶梯消能工的第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管与涡室段顶部联通。所述阶梯消能工各阶梯截面的凸点位于第一级阶梯起点与竖井底部中心的连线上，形成上大下小的圆锥形过流通道，以增加水流旋转圈数，降低水流流速，加大井壁压力，避免发生空蚀空化破坏。

Description

阶梯漩流竖井

技术领域

本发明属于水利水电工程中使用的漩流竖井，特别涉及一种适用于高水头大流量的漩流竖井。

背景技术

漩流竖井是一种新型泄洪消能设施，由于引渠水流从涡室段的切向进入涡室，绕竖井轴心旋转呈贴壁流动，在竖井中央形成稳定空腔，因而既能保持水流流态的稳定，又能形成良好的通气条件。但是工程实践表明，在大流量和高水头工况下，漩流竖井存在以下问题：1)竖井中流速过高，壁面发生空化空蚀的风险增加；2)由于水流离心力的作用，采用传统的环形掺气坎掺气变得很困难，无法起到掺气减蚀的作用。

公开号为CN101624819A的专利申请公开了一种双涡室掺气型漩流竖井，该双涡室掺气型漩流竖井包括上涡室及其下部的收缩段I、掺气型下涡室及其下部的收缩段II、通气管和竖井段，上涡室下部的收缩段I接掺气型下涡室，掺气型下涡室下部的收缩段II接竖井段，通气管的一端与大气相通，通气管的另一端接掺气型下涡室顶部，使空气从掺气型下涡室顶部进入竖井。此种漩流竖井虽然在大流量、高水头工况下掺气效果明显，水气混合充分，水流的含气量大幅度增加，水流流态稳定，消除了竖井壁面的空化空蚀破坏，但消能率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阶梯漩流竖井，以进一步提高大流量、高水头工况下漩流竖井的消能率。

本发明的技术方案：在梯漩流竖井的圆筒体竖井段井壁上设置阶梯消能工，以增加水流沿程阻力，降低水流流速。

本发明所述阶梯漩流竖井，包括涡室段、与涡室段相接的竖井段，所述涡室段设置有将引渠中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段为圆筒体，竖井段的底端设置有消力井，竖井段的下部通过反弧段、压坡段与泄洪洞接通，竖井段的井壁上设置有阶梯消能工，所述阶梯消能工的第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管与涡室段顶部联通。

本发明所述阶梯漩流竖井，其设置在竖井段井壁上的阶梯消能工优选以下结构和参数：

1、各阶梯截面的凸点位于第一级阶梯起点与竖井底部中心的连线上，形成上大下小的圆锥形过流通道，以增加水流旋转圈数，降低水流流速，加大井壁压力，避免发生空蚀空化破坏。

2、阶梯消能工的最后一级阶梯之间的过流截面直径D2＝0.5D1～0.8D1，所述D1为涡室段的直径，根据进入竖井的水流流量确定，D1＝(1.05～1.07)Q^1/2.5，Q为进入竖井的水流流量。

本发明所述阶梯漩流竖井，其阶梯消能工各级阶梯的高度可以相同，也可以不相同，若不相同，各级阶梯的高度优选成等比数列或等差数列。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在竖井段设置阶梯消能工，因而增加了水流沿程阻力，进一步提高了消能率，与传统圆筒体型漩流竖井相比，提高消能率10％～30％左右，与双涡室掺气型漩流竖井相比，提高消能率约20％。

2、本发明在竖井段设置阶梯消能工，且将阶梯消能工的过流通道设计为圆锥形，突破了现有漩流竖井避免空蚀空化的水力设计理念(现有的漩流竖井都是通过增加掺气措施来降低空蚀空化)，为高水头大流量条件下避免空蚀空化破坏提供了一种不同构思的技术方案。

附图说明

图1是本发明所述阶梯漩流竖井的一种结构示意图，阶梯消能工各级阶梯的高度相同；

图2是图1中阶梯消能工的阶梯截面示意图；

图3是本发明所述阶梯漩流竖井的另一种结构示意图，阶梯消能工各级阶梯的高度成等比数列；

图4是图3中阶梯消能工的阶梯截面示意图；

图5是上游引渠及下游直线压坡段、泄洪洞与本发明所述阶梯漩流竖井的相对位置示意图；

图6是图1、图3的I-I剖面图，该剖面为涡室段的剖面；

图7是图1、图3的II-II剖面图，该剖面为竖井段的剖面；

图8是图1、图3的III-III剖面图，该剖面为压坡段的剖面；

图9是图1、图3的IV-IV剖面图，该剖面为泄洪洞的剖面。

图中，1-引渠、2-涡室段、3-竖井段、4-反弧段、5-直线压坡段、6-泄洪洞、7-消力井、8-挡板、9-阶梯消能工，10-通气管，H0-涡室水头、H1-涡室段高度、H2-竖井段高度、H3-竖井底部消力井高度(竖井底板至下游连接段高度)、H4-图2所示阶梯截面的高度、H5-图4所示阶梯截面的高度、H6-泄洪洞高度、L1-压坡段长度、L2-图2所示阶梯截面水平长度、L3-图4所示阶梯截面水平长度、D1-涡室段直径、D2-阶梯消能工最后一级阶梯之间的过流截面直径、R-反弧段半径、i1-压坡段坡度、B-泄洪洞宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述阶梯漩流竖井的结构作进一步说明。

实施例1

本实施例中的阶梯漩流竖井根据某水电站枢纽工程的泄洪洞设计，在校核洪水情况下，泄洪洞设计泄量为543m³/s，顶部高程2495m，在2365m处开始接设置阶梯消能工的竖井段，竖井泄洪洞底板高程2245m。

本实施例中，阶梯漩流竖井的结构如图1、图5所示，包括涡室段2、与涡室段相接的竖井段3；所述涡室段2设置有将引渠1中的水流从其切向引入涡室的进水口；所述竖井段3的井壁上设置了阶梯消能工9，阶梯消能工9由八级高度相同的阶梯组成，各阶梯截面的凸点位于第一级阶梯起点与竖井底部中心的连线上，形成上大下小的圆锥形过流通道，其第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管10与涡室段顶部联通；涡室段2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流从涡室段切向进入竖井；竖井段3底端设置有消力井7，竖井段3下部通过反弧段4、压坡段5与泄洪洞6接通，所述反弧段4、压坡段5的底板与消力井7的上沿平齐。

本实施例中，进入阶梯漩流竖井的水流流量为543m³/s，涡室水头H0为30m，阶梯漩流竖井的有关结构参数如下：

涡室段2的横截面如图6所示，其直径D1为16m，其高度H1为30m；竖井段3的横截面如图7所示，其直径与涡室段2的直径相同，其高度H2为120m，竖井段底端设置的消力井7的高度H3为15m，其直径与涡室段2的直径相同；竖井段设置的阶梯消能工9的阶梯截面如图2所示，为直角三角形，其高度H4为7.5m，各级阶梯截面的水平长度L2＝0.5N m(N＝1，2，3，……，8)，即第一级阶梯截面的水平长度L2为0.5m，第二级阶梯截面的水平长度L2为1m，……，第八级(最后一级)阶梯截面的水平长度L2为4m，第八级(最后一级)阶梯之间的过流截面直径D2为8m；反弧段4的半径R为15m；压坡段5的横截面如图8所示，其长度L1为26.25m，坡度i1为1∶15；泄洪洞6为城门洞形，其横截面如图9所示，高度H6为8m，宽度B为5m，洞顶弧形段高度为1.25m。

实施例2

本实施例中的阶梯漩流竖井根据某水电站枢纽工程的泄洪洞设计，在校核洪水情况下，泄洪洞设计泄量为870m³/s，顶部高程2425m，在2390m处开始接设置阶梯消能工的竖井段，竖井泄洪洞底板高程2245m。

本实施例中，阶梯漩流竖井的结构如图3、图5所示，包括涡室段2、与涡室段相接的竖井段3；所述涡室段2设置有将引渠1中的水流从其切向引入涡室的进水口；所述竖井段3的井壁上设置了阶梯消能工9，阶梯消能工9由七级高度成等比数列的阶梯组成，各阶梯截面的凸点位于第一级阶梯起点与竖井底部中心的连线上，形成上大下小的圆锥形过流通道，其第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管10与涡室段顶部联通；涡室段2与引渠1相接，其相接位置是使引渠中的水流从涡室段切向进入竖井；竖井段3底端设置有消力井7，竖井段3下部通过反弧段4、压坡段5与泄洪洞6接通，所述反弧段4、压坡段5的底板与消力井7的上沿平齐。

本实施例中，进入阶梯漩流竖井的水流流量为870m³/s，涡室水头H0为40m，阶梯漩流竖井的有关结构参数如下：

涡室段2的横截面如图6所示，其直径D₁为20m，其高度H1为35m；竖井段3的横截面如图7所示，其直径与涡室段2的直径相同，其高度H2为150m，竖井段底端设置的消力井7的高度H3为18m，其直径与涡室段2的直径相同；竖井段设置的阶梯消能工9的阶梯截面如图4所示，为直角三角形，其第一级阶梯截面的高度H5为7.5m、水平长度L3为0.5m，阶梯高度增长比例为1.05，即各级阶梯截面的高度H5＝7.5×1.05^n-1m(n＝1，2，3，……，7)，各级阶梯截面的水平长度L3＝10×(1.05ⁿ-1)m(n＝1，2，3，……，7)，经计算，第七级(最后一级)阶梯截面的高度H5为10.051m、水平长度L3为4.071m，第七级(最后一级)阶梯之间的过流截面直径D2约为11.8m；反弧段4的半径R为15m；压坡段5的横截面如图8所示，其长度L1为26.25m，坡度i1为1∶15；泄洪洞6泄洪洞为城门洞形，其横截面如图9所示，高度H6为8m，宽度B为8m，洞顶弧形段高度为1.25m。

Claims

1.一种阶梯漩流竖井，包括涡室段(2)、与涡室段(2)相接的竖井段(3)，所述涡室段(2)设置有将引渠(1)中的水流从其切向引入涡室的进水口，所述竖井段(3)为圆筒体，竖井段的底端设置有消力井(7)，竖井段的下部通过反弧段(4)、压坡段(5)与泄洪洞(6)接通，其特征在于竖井段(3)的井壁上设置有阶梯消能工(9)，所述阶梯消能工的第一级阶梯设置有通气孔，该通气孔由通气管(10)与涡室段顶部联通。

2.根据权利要求1所述的阶梯漩流竖井，其特征在于设置在竖井段(3)井壁上的阶梯消能工(9)的各阶梯截面的凸点位于第一级阶梯起点与竖井底部中心的连线上，形成上大下小的圆锥形过流通道。

3.根据权利要求2所述的阶梯漩流竖井，其特征在于所述阶梯消能工(9)的最后一级阶梯之间的过流截面直径D2＝0.5D1～0.8D1，所述D1为涡室段的直径。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的阶梯漩流竖井，其特征在于所述阶梯消能工(9)的各级阶梯的高度相同。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的阶梯漩流竖井，其特征在于所述阶梯消能工(9)的各级阶梯的高度成等比数列或等差数列。